六路抢答器设计.doc

滁州职业技术学院信息工程系2010级毕 业 设 计姓 名： 班 级： 10级应用电子一班 设计题目： 六路智能抢答器 指导教师： 二一二年十一月目录目录摘要i第一章 六路数字抢答器1一、实验目的1二、设计要求与内容1第二章、设计及原理22.1 总体方案设计22.1.1 设计思路22.1.2 总电路框图22.2 设计方案及原理说明22.2.1 电路的简单原理2第三章、电路仿真33.1 仿真软件33.2 六路抢答电路3第四章、protel dxp的制作44.1protel dxp基本介绍4第五章 在dxp上pcb版的设计55.1protel dxp 原理图设计基础55.2.创建网络报表105.3印刷电路板的设计11第六章 制板机制板216.1 准备打印纸曝光216.2 显影226.3 蚀刻226.4 打孔226.5 焊接226.6完成实物23第七章 元件清单列表23第八章 收获与致谢24参考文献26摘要摘要抢答器作为一种工具，已经广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。比如在电视节目中我们会经常看到一些智力抢答的节目，如果要是让抢答者用举手等方法，主持人很容易误判，会造成抢答的不公平，比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种手段指示出第一抢答者。这样就很好的保证了比赛的公正，公平，和公开，同样另一方面也能看出大赛主委会对比赛的重视程度。本设计以六路智力竞赛抢答器为基本概念，从实际应用出发,利用单片机的仿真术,dxp的软件技术运用数字、模拟电子器件设计具有二极管发光显示，声响，以及控制等等的功能的的完美抢答器。该抢答器完成了仿真软件的仿真，原理图设计，pcb版的绘制，以及制版机的制作，甚至电烙铁的焊接，具有二极管发光显示、声音，以及喇叭的提示功能，应用的效果良好。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机(如mcs-51型)和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。关键词:数字电子技术；6路抢答器；仿真；protel dxp的运用i滁州职业技术学院10级应用电子专业毕业论文第一章 六路数字抢答器一、实验目的 1.掌握系统设计的一般步骤和方法，掌握一个大的系统中各子系统之间的相互作用和相互制约关系。 2.运用数字电路理论知识自行设计并实现一个较为完整的小型数字系统，学会用中规模器件设计一个符合要求的系统，并熟悉常用中规模器件的用法 3.熟练运用protel dxp软件画电路原理图。 4.合理布局，画出pcb设计板图 5.掌握tr-fiii微型环保多功能制板机制作pcb电路板的工艺流程； 6.焊接和安装元件，学会系统安装与调试的一般步骤和方法。 二、设计要求与内容在许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光或音响等多种手段指示出第一位抢答者。（1）抢答器同时供6名选手或6个代表队比赛，分别用6个按钮s s66表示。要求在进行智力竞赛时，参赛人员谁先按下抢答器开关谁就先回答问题，稍后的其他人按下开关则无效。抢答器具有显示功能。即选手按动按钮，相应的led发光二极管发光，同时扬声器发出声音。（2）设置一个系统清除和抢答控制开关s，该开关由主持人控制。（3）要求用protel dxp画出电路原理图和设计出pcb电路板，使用双面板，尺寸自定义，采用插针式元件，过孔镀铜。焊盘之间允许走二根铜膜线。最小铜膜线走线宽度30 mil，电源线的铜膜线宽度为40mil。要求画出原理图、建立网络表、人工布置元件，自动布线并用三维观察器检验电路板。画出各单元电路图、整机框图和逻辑电路图，写出毕业设计论文。第二章、设计及原理2.1 总体方案设计2.1.1 设计思路本系统采用六个输入与非门作为整个控制核心。控制系统的模块为：显示灯模块、抢答开关模块。该系统通过开关电路六个按键输入抢答信号；利用一个led来完成显示能；用按键来让选手进行抢答，led上显示哪一个先答题的，从而实现整个抢答过程。在知识比赛中，特别是做抢答器题目的时候，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用数电知识来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先抢答。本文主要介绍了74ls20抢答器设计及工作原理，只有当全部输入端都处于高电平时，输出端才呈现低电平；只要有一个输入端处于低电平，输出端就输出高电平。2.1.2 总电路框图 抢答 按钮控制电路锁存发光二极管显示报警电路 控制开关图 2-1总电路框图2.2 设计方案及原理说明2.2.1 电路的简单原理 非门，与非门是种逻辑电路，用1表示连通，用0表示没有连通。非门的输出结果与输入正好相反，如果输入有信号，但输出则为0（无信号），如果没有输入信号，但输出为1（有信号连通）。与非门是与门和非门的结合，先进行与运算，再进行非运算。与运算输入要求有两个，如果输入都用0和1表示的话，那么与运算的结果就是这两个数的乘积。如1和1（两端都有信号），则输出为1；1和0，则输出为0；0和0，这输出为0。与非门的结果就是对两个输入信号先进行与运算，再对此与运算结果进行非运算的结果。简单说，与非与非，就是先与后非。全部控制电路,开关设有低电平和高电平两个档位,当开关打到高电平时，为工作档位。然后根据按键按下的情况led作出相应的亮灭，蜂鸣器作出相应的反应主持人开关通过从低电平到高电平控制触发器的清零端,与位号显示的led显示器的灭零.通过低电平到高电平,使各个触发器开始工作。当抢答者把开关到高电平时，视为抢答，此后锁存电路将不接受其它选手的任何信号包括该抢答者的任何信号，直到主持人断开，下次抢答开始。用 74ls20组成的抢答电路，成本低，并且原理简单易懂。第三章、电路仿真3.1 仿真软件 proteus软件其实就是eda工具软件。而且它不仅具有其它eda工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。（感谢我们的单片机姚聪老师让我们认识了这么好的一个软件）3.2 六路抢答电路打开软件放置各个元器件，再连接上导线，就能出现下图的效果 图 3-1 六路抢答器电路仿真情况说明：抢答开始，s1先抢答，按下开关s1，相应的发光二极管亮，蜂鸣器报警发出声音，然后按下开关s2、s3、 s4、 s5、 s6 都没有反应，相应的发光二极管不亮，蜂鸣器不发出声音，第一轮抢答完成，主持人按下开关s7, s1控制的发光二极管不亮，蜂鸣器不发出声音，系统清零。下一轮开始，再按下开关s3，相应的发光二极管亮，蜂鸣器报警发出声音第四章、protel dxp的制作4.1protel dxp基本介绍protel dxp 2004不仅是的pcb（印制电路板）设计工具，而是由多个模块组成的系统工具，分别是sch（原理图）设计、sch（原理图）仿真、pcb（印制电路板）设计和auto router（自动布线器）等，覆盖了以pcb为核心的整个物理设计。该软件将项目管理方式、原理图和pcb图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自动布线以及电路仿真等技术结合在一起，为电路设计提供了强大的支持（感谢我们的dxp陈红艳老师带我们学习了这么好的一个软件） 第五章 在dxp上pcb版的设计5.1protel dxp 原理图设计基础5.1.1原理图设计流程 开始原理图布线启动dxp 电路原理图编辑器检查，校对以及线路调整设置图纸尺寸以及版面 设置工作环境报表输出放置零件并布局 结束 图51 原理图设计流程图5.1.2 启动 protel dxp 电路原理图编辑器5.1.3设置图纸的尺寸以及版面（大多数情况我们使用默认值）5.1.4设置原理图工作环境（大多数情况下我们也使用默认值），单击菜单栏中的工具 原理图优先设定进行设置。5.1.5 放置元件并进行合理布局。5.1.6 启动放置元件命令后，屏幕上出现如图52所示对话框，输入选用的元器件名及元件标示，并指定元件封装。但是一般情况下单击右边的元件库，弹出如图53所示的元件库对话框。在栏内指定元件库，并在栏内输入所需要的元件，然后从元件库列表内选取需要的元件，最后按按钮放置元件。5-2放置元件对话框 5-2放置的元件5-3元件库对话框5.1.7 有一些不常用有元器件，可以手动选择查找，单击原理图最右边的元件库面板，弹出如图54所示的对话框，再单击按钮，弹出55的对话框，在“元件库查找”栏中输入你需要查找的元件名称（注意前后需要加*号），然后单击按钮。然后会显示如图56的对话框，查看元器件的封装，和元器件的型号，找到需要的元器件，单击“停止”按钮，选择你所需要的元件，点击放置，并把元件所在的库加载到元件库中去。54元件库管理面板55库搜索对话框56查找元件对话框5.1.8元器件放置成功以后，双击打开元件属性对话框如图57，在 “标识符”栏中输入元件的标识，元件标识可按类别进行定义，如电阻r1，r2电容c1，c2，在“注释”栏中输入大小，不需要输入大小的，输入注释文本，如，并且要把value 栏前面的对号去掉，然后修改完成后单击确定。57 元件属性对话框5.1.9 把所有元器件放置成功以后，排列好各元器件，再单击工具栏中的放置导线按钮，用导线把放置好的元件连接在一起。最终出现完整的5-8 pcb原理图： 58 pcb原理图5.2.创建网络报表 执行菜单命令中设计 设计项目的网络表 protel面板中出现该项目的网络表，网络表内容如5-9图所示59 网络表对话框5.3印刷电路板的设计 5.3.1 单击文件创建pcb项目 5.3.2 单击工作面板的“file”面板 5.3.3在面板底部 “更具模板新建”单击命令，弹出pcb板向导窗口。 5.3.4单击按钮，进行下一步，屏幕出现度量单位，默认的为英制（i），但是也可以选择公制单位(m) （100mil=2.54mm）。（在电路图上按q快捷键这两个单位是可以随意切换的） 5.3.5单击按钮到自定义电路板对话框的时候，选择矩形（rectangular）尺寸定义在10*15。 5.3.6单击按钮，因为我们做得是双面板，所以在电路板层数设置的对话框中，信号层设为2，内部电源层也设为2。（做单面板得时候内部电源层设置为0）。 5.3.7然后单击按钮，到如下图所示的界面中设置“此电路板主要是”，选择通孔元件，出现 邻近焊盘间的导线数，设置为两条导线。 5.3.8然后单击按钮，到出现pcb向导完成对话框单击按钮就会出现一个如图5-10所示的10*15的双层pcb板 510 双层版pcb图5.3.10 将生成的pcb板拖到新建的pcb项目中去，然后把原理图，网络表格还有生成的pcb板全部拖到新建的pcb项目中去。如图所示：5.3.11在原理图编辑环境下单击菜单栏中的设计 弹出工程变化订单（eco）对话框，先点击按钮，再点击按钮，保证状态栏下面全部正确，然后关闭该对话框，该对话框如图5-11所示 511 工程变化订单对话框5.3.12然后就把原理图中的元件都放调入到pcb板中去了。如5-12图所示： 512 调入到pcb板中的图5.3.13调入以后把元器件全部拉入到pcb板中，然后单击菜单栏中的设计、规则,出现pcb约束编辑对话框,单击 routing，在右击新建三个routing width,先选择，再选择第一匹配对象的位置为网络，选择gnd，然后设置gnd的线宽，线宽设置为40mil然后选择，再选择第一匹配对象的位置为网络，选择vcc，然后设置vcc的线宽，线宽设置为40mil，最后选择，再选择第一匹配对象的位置为全部对象，然后设置all的线宽，线宽设置为30mil。设置完成后点击适用，然后在选择布线的优先级，单击按钮，出现编辑规则优先级，然后把优先级设置为gnd、vcc、all，如下图所示，设置完成后关闭编辑规则优先级对话框，在pcb约束编辑对话框中点击确定。布线优先级和线宽就设置完成了。5.3.14 双击打开焊盘，把孔径改为1mm，x尺寸,y尺寸都为2mm，然后单击确定，然后在修改过得焊盘上右击查找相似对象，出现查找相似对象对话框：把改为1mm，把改为2mm，单击确定，出现检查器对话框，再把改为1mm，把改为2mm，改完后再检查器界面中单击一下，然后关闭该对话框，界面成为图5-13这样， 513 修改焊盘后的图在单击右下角的按钮。这样整板修改焊盘就完成了（图中三极管的焊盘在整板修改焊盘后需要重新修改）。然后根据飞线，把元器件调一下（注意pcb板是pcb板，原理图是原理图，pcb板不能根据原理图来布线），把相同的元器件可以放在一起对齐，选中需要对齐的元器件，右击，排列元器件。5.3.15 点击菜单栏中的自动布线选择全部对象，弹出该对话框，然后单击，开始自动布线，一开始的自动布线肯定很不满意，然后撤销自动布线，在图上在进行改动，调整，再次进行自动布线。重新布线以后，板子的效果比较满意，最后就要进行细节上的修剪（注意规则：尽量不能有小于等于90度的夹角，两条线直接的距离能打尽量大一点）。5.3.16自动布线后，再使用手动布线，把线与线之间的距离调整一下，然后出现如图5-14的图， 514 自动布线后的效果图5.3.17 查看3d效果图，单击菜单栏中查看显示三维pcb板,查看正面3d效果图： 515 3d正面效果图查看反面3d效果图：516 3d反面效果图5.3.18打印pcb板，单击菜单栏中文件页面设置，先打印顶层，打印顶层时把不要的层删除而且不需要勾选底和镜像，下图为打印顶层的效果图， 517 打印顶层效果图打印底层和打印顶层是一样的步骤，只是稍微的修改下，并且插入底层，把顶层删除，并把底和镜像都需要勾选上，下图为打印顶层的效果图。518 打印底层效果图第六章 制板机制板6.1 准备打印纸曝光把打印好的图纸，先在太阳底下进行对孔，底层和顶层孔要保持一致，然后拿胶布固定住，将板子插入固定好的打印纸中，将其固定在曝光机中。因为是双层板，选中上曝光和下曝光，把制板机调成如图6-1所示所示的数据： 61 曝光数据设置6.2 显影170秒的成功曝光以后（曝光时有紫外线会对人体有伤害所以一定远离曝光机），把板子取出，拿夹子夹住刚取出来的板子，放入有气泡，且温度指示灯已经灭了的显影槽中，因为是我们定制的板子，所以显影的速度相对快点，只需要涮几下就行，千万不能显影时间过长，不然电路会被腐蚀，显影槽的温度指示灯刚灭的时候温度太高，等两三分钟以后再把板子放进去，涮个四五秒钟提起来看看，双面板一定要两边都显影成功。显影成功后，把板子拿出来用清水洗洗。6.3 蚀刻显影成功后，把板子放入蚀刻槽中，蚀刻的时间一般在1020分钟左右，不用总是提出来看。蚀刻完成后，把板子拿出来用清水洗洗，晾干。6.4 打孔 将蚀刻后的板子晾干后，就可以打孔了。我们的孔径设的是1.0的，我们选用的是0.9钻头打的孔（打孔的时候要注意，第一不能一味的图快，打孔的时候要注意板子需要稳，要轻轻的压下来，轻轻的放回去）。6.5 焊接 打过孔以后就需要进行进行最难的焊板子了，因为没有镀锡溶液，所以我们的顶层有导线的地方和底层都是需要自己用手工焊接的。6.6完成实物 62 完成后的实物图第七章 元件清单列表表7-1 为元件清单列表：6路抢答器元件清单备注74ls20与非门6个2人74ls04非门2个2人发光二级管12个2人二极管in400112个2人三极管s90132个2人开关14个2人555定时器2个2人蜂鸣器2个2人电容0.01uf4个2人有极性电容100uf2个2人电阻75k2个2人电阻10k2个2人电阻1002个2人电阻5104个2人电阻1k12个2人pcb双面板2块2人两脚连接器2个2人16脚底座8个2人8脚底座2个2人导线若干2人焊锡若干2人第八章 收获与致谢通过这次的毕业设计，我有了很多收获。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了我的动手能力。这次毕业设计的电路相对有点复杂。虽然以前在模电、protel课程设计中接触过一些电子电路，但在初期还是感到无从下手。isis5，protel dxp 2004都是比较不错的电子作图软件，使用熟练以后十分顺手。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是在核心芯片74ls20上，使用74ls20为核心芯片制作抢答器的案例很少很少，刚开始的时候我们小组的两个人真的无从下手，后来在陈鸿艳老师、以及班级同学的帮助下，画出了初步的电路原理图，后来在单片机软件isis5中画图进行仿真。刚开始仿真不成功，后来通多次对电路的不断研究、改进，终于可以在单片机中仿真以及接线调试了，使整个电路可稳定工作。在整个的设计过程中，我深刻的体会到设计需要反复研究、改进，不断实践。虽然过程很可能会有点无聊、烦琐，有时候花很长时间设计出来的电路还需要重新再做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，但是越是这个时候我们越需要静下心来，慢慢查找原因，重新改进。设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。本次毕业设计pcb制板阶段可以说是这次设计中最重要的部分，因为以前的只是在书本上学习理论而不是真正的动手操作。在制板过程中我学到很多，动手操作要细心，要掌握好显影、蚀刻的时间。刚开始显影的时候我们是双面板，两边都需要显影干净，我们有的板子就是在显影的时候坏了。后来在陈鸿艳老师的帮助下，我们找到了解决的办法，把显影溶液从显影槽中倒出，在没显影好的那面用显影溶液泼，不断的泼，后来成功了。在这里再次感谢陈鸿艳老师的帮助。对于我们来说，将来面对就业问题，怎样在历史长河中或者说在茫茫就业大军中有自 己的一席之地，怎样才能在